SPETTROFOTOMETRIA

• SPETTROSCOPIA

• SPETTROMETRIA

• SPF

• FORS (Fiber Optics ReflectanceSpectroscopy)

• RS (Reflectance Spectroscopy ma anche Raman Spectroscopy !!! )

Tutti sinonimi

Analisi scientifiche per i Beni Culturali

• Le analisi di tipo chimico e fisico su beni artistici/archeologici sono rivolte principalmente alla caratterizzazione dei materiali e delle tecniche di lavorazione.

• Studi di provenienza=> datazioni indirette.

conservazione/restauro• Due ambiti di indagine:

studio

• La scelta dell’analisi dipende dal tipo e dalla quantità di campione che si può analizzare e dal tipo di informazioni che si vogliono.

TIPOLOGIA DI ANALISI

• Nelle analisi chimiche applicate ai BC èimportante che la tecnica utilizzata sia il meno distruttiva possibile o, meglio ancora, completamente non distruttiva.

Metodi NON invasivi : il manufatto non viene toccato fisicamente (ma può essere impiegata della radiazione).

Metodi NON distruttivi : non si distrugge il manufatto indagato e neanche il campione eventualmente prelevato che rimane disponibile per ulteriori analisi.

MicrodistruttiviTrasportabili/da laboratorio.

Invasive

Non invasive

Non distruttive

DistruttiveMicrodistruttive

analisi

lunghezza d’onda

λ (m)

Processi fisici coinvolti

RAGGI γ RAGGI X INFRAROSSOMICRO-

ONDE

ONDE RADIO

VIS

IBIL

E

ULTRA-

VIOLETTOeccitazione nucleare e atomica

transizionielettroni interni transizioni

elettroni esterni

vibrazioni molecolari

(bending, stretching)

rotazioni molecolari risonanza

spin-elettrone

risonanza magnetica nucleare

RADIAZIONI E MATERIA

energia

10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103

1 Å 1 nm 1 µm 1 mm

1 MeV 1 keV 1 eV

Regioni spettrali

Campione Campione

(quadro o (quadro o

parte di parte di

esso)esso)fascio di particelle o di fascio di particelle o di radiazioneradiazione

rivelatorerivelatore

PC

Lapislazzuli

0

200

400

600

800

1000

C o

n t

e g

g i

Na

Al

Si

S

K

Ca

spettrospettro

segnalesegnale

TIPO DI INTERAZIONE NON DISTRUTTIVA CON IL CAMPIONE

• COS’È UNO SPETTRO:

• (chiedere/si:) indicazione di ascissa, ordinata e u.d.m.,sensibilità-risoluzione, ...

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Energy (KeV)

CP

SAg (scattering)

Fe ZnPb Sr

Zr

XRF su un vetro

10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103lunghezza d’onda

λ (m)

1019 1018 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 107 106 105frequenza

ν (Hz)108

1 Å 1 nm 1 µm 1 mm

numero d’onda (cm-1) 1000 100 10

regioni

LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO

RAGGI γ RAGGI X UV INFRAROSSOMICRO-

ONDE ONDE RADIO

VIS

IBIL

E

vicino

lontano

vicino

medio

lontano

estremo

380nm 450

500

600

750 nmvio

letti

blu

verd

i

gia

lli

ara

nci

rossi

3 µm

λ

6 µm

15 µm

IRvicino

IRmedio

IRlontano

IRestrem

o

medie

lunghe

corte

E-V

HF

SPETTROFOTOMETRIA UV_VIS_NIR

ASSORBANZA SPETTRALE

SCHEMATIZZAZIONE DEI LIVELLI ENERGETICI DEGLI ORBITALI

MOLECOLARI

0

0

0 I

II

I

IA A −

==

I0 I

SPETTRO DI ASSORBIMENTO AL VARIARE DELLA LUNGHEZZA D’ONDA

Spettro di assorbimento di un colorante fucsia

CLOROFILLA

CAROTENE

OSSIEMOGLOBINA

ESEMPI di molecole organiche con spettri caratteristici di assorbimento/riflessione nel visibile

SPETTROFOTOMETRIA

IN ASSORBANZA:

-STRUMENTI DA LABORATORIO

-CAMPIONI SOLUBILI

-ANALISI INVASIVE E DISTRUTTIVE

IN RIFLETTANZA:

-STRUMENTI PORTATILI

-CAMPIONI SOLIDI

-ANALISI NON INVASIVE

LA LUCE ATTRAVERSA IL

CAMPIONE => ANALISI

QUANTITATIVA

LA LUCE VIENE RIFLESSA DALLA SUPERFICIE DEL

CAMPIONEANALISI

QUALITATIVA

RADIAZIONE ASSORBITA E RADIAZIONE RIFLESSA

A + R =1

Per il principio di conservazione dell’energia la radiazione che non viene assorbita è riflessa indietro

0

0

I

IR

I

IA

R

A

=

=

Sorgente

Riflessione diffusa (o lambertiana)

Riflessione speculare(brillantezza)

Radiazione che ha interagito selettivamente

con l’oggetto: porta informazione sul colore

Radiazione che non ha interagito con l’oggetto:

porta informazione sull’illuminante

LA RIFLETTANZA E’ UNA PROPRIETA’FISICA DEGLI OGGETTI

Energia riflessa

Energia incidenteR(λλλλ) =

RIFLETTANZA SPETTRALE

quantità di radiazione retrodiffusa da una superficie in dipendenza della lunghezza d’onda.

Spettro di riflettanza

400 450 500 550 600 650 700

Lunghezza d’onda (nanometri)

RIFLETTANZA

Misura dell’ energia riflessa per ogni λ rispetto a uno standard calibrato

Hans Memling, Crucifixion (1468-70)

Vicenza, Musei civici

Riflettanza spettrale

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Energia [KeV]

Co

nte

gg

i(1

50 s

)

Ca Fe

Cu

Pb

Pb

Cu

Pb

XRF

L’utilizzo di due analisi per ottenere

informazioni sulla stratigrafia di pigmenti

SPETTRI ESTESI NEL VICINO IR (->2400 nm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 800 1200 1600 2000 2400

lunghezza d'onda (nm)

trasm

itta

nza %

Azzurrite

Cinabro

Blu di smalto

SFERA INTEGRATRICE: RACCOGLIE TUTTA LA RADIAZIONE RIFLESSA DALLA SUPERFICIE MISURATA

STRUMENTAZIONE

RIVELATORE (MULTILEMENTO)

CAMPIONE

SORGENTE DI RADIAZIONE

(UV – VIS – NIR)

SPETTROFOTOMETRO(analizza la radiazione proveniente dal campione)

STRUMENTAZIONE PORTATILE

FIBRA OTTICA

ALCUNI RISULTATI

PIGMENTI PITTORICI:

• CARATTERIZZAZIONE NEL VISIBILE 380-680 nm(colorimetria)

• NIR (VICINO INFRAROSSO 680-1100nm) caratterizzazione della parte di spettro INVISIBILE a OCCHIO NUDO